自來水智慧型水網(第一期)(自來水廠)

    依經濟部水利署於「前瞻基礎建設計畫-水環境建設」中，所規劃之「推廣水資源智慧管理系統及節水技術」內容，聚焦於自來水管網管理政策工具，並導入物聯網技術，透過監測設備之建置取得即時觀測資料，再應用大數據分析與演算，冀更有效率的管理水資源，發揮水資源供需調度最大效益。故自來水廠研提「連江縣自來水智慧水網計畫實施計畫」，希望透過計畫之執行，積極建置連江縣智慧水網基礎設施，打造馬祖成為離島中自來水供水智慧化城市。

    連江縣由於水資源利用極為困難，於民國90年以後逐步建置海水淡化廠，以解決用水需求問題，惟其每單位造水成本約為70元左右，造水成本為台灣地區自來水2~3倍以上，雖然解決了用水問題，但也大幅增加造水成本。因此，自來水廠希望能夠全面建置智慧化監測設備，透過大數據演算分析，藉以了解整體供用水情形，可以有效即時控管供配水調度，以節省整體供水成本。此外，全面換裝智慧水表除了可有效監控用戶端用水狀況、提升售水率及降低漏水率外，透過抄見量的自動回傳，亦有降低水廠人員工作負擔之正面效益。

    連江自來水智慧型水網已完成各項監測設備建置，並持續蒐集及累積各項設備之數據，但尚屬於自動監測階段。監測設備所累積的數據量過於龐大造成資料前處理與後端分析上的困難外，有許多的分析工作是以人工方式重覆的進行，都更增加了資料處理上的難度，且多耗費許多人工處理的時間。而所謂智慧化應是透過各項監測數據之蒐集，將過往受限於數據量之定時靜態分析，透過程式撰寫轉換為動態運算，再進一步發展成動態即時分析。然而靜態定時分析至動態即運算分析之發展進程需進行一系列的解析、開發及測試。

為了達到藉由水源智慧調控、水場智慧操控及水網智慧運行，使供水穩定及良好水質之目標。第二期工程應持續發展並優化一期工程未考慮到之設備，包含加強智慧型水網及更新淨水處理系統等。使連江自來水智慧型水網之更具智慧化條件。

智慧型水網建置目的及目標

  (一)水源智慧調控：水庫需採用避雷裝置及裝設抽水馬達電流計量器，結合雨量監測數據，並搭配海淡水供應量變化，進行水庫取水量調配與抽水能耗數據整合分析，達到經濟有效的水源智慧調控，提升監測設施及能源使用效率。

  (二)水場智慧操控：操作監控軟(圖控)、硬體(PLC)需整合成一套體系，建置SCADA系統，加設整合式水質監測設施，因應原水水質及水量變化，在操作單元功能正常發揮之情況下，達到淨水處理智慧操控，提升供水合格率及民眾用水品質。

  (三)水網智慧運行：需增設供水管網及用戶智慧水表(含傳訊模組)，並建置中央監測管理系統及各島的子系統，因應民眾用水需求進行即時水量、水壓及水質大數據整合分析，掌握管網漏水及用戶用水行為，達到智慧水網運行的功效，提升管網供水管理效率(如增加售水率、增強操作預警功能、增加供水穩定度、減少破管事件、降低供水能耗及縮短緊急應變時程)。

107-109年第一期智慧型水網執行成果

    智慧型水網工程主要係藉由通盤檢視四鄉五島從原水端、淨水端、供水端及用水端等各項設施及設備現況，進而確認各設施應增設之設備，並進行規劃、設計及建置。藉以達到自來水供水管網智慧化系統建置之需求。

為了確保「連江自來水智慧型水網執行工程」能順利執行，將整體工程建置分為五期，訂定五個施工作業里程碑，分區分期來完成。目前第一、二、三、四期及第五期之南竿鄉(一、二期)、北竿鄉、東引鄉、莒光鄉均已完工。

  (一)107年工程執行內容

第一期工程-南竿早收示範區：南竿鄉人口數及島嶼面積為四鄉五島之最，故所需設備數量亦為最多。因此，在執行策略上分為兩期。107年主要執行第一期南竿鄉早收示範區，其設備建置數量為705個；品項達28項。

  (二)108年工程執行內容

第二期工程-南竿鄉：108年上半年執行第二期南竿鄉工程，藉以完備整個南竿鄉之智慧型水網系統，其設備建置數量為2421個；品項達28項。

第三期工程-北竿鄉：108年下半年執行第三期北竿鄉工程，整體設備建置數量為1063個；品項達28項。

  (三)109年工程執行內容

第四期工程-東引鄉：109年上半年執行第四期東引鄉工程，整體設備建置數量為514個；品項達26項。

第五期工程-莒光鄉：109年下半年執行第五期莒光鄉工程，分為西莒島跟東莒島。西莒島設備建置數量為223個；品項達24項；東莒島設備建置數量為370個；品項達26項；整體設備建置數量為593個。

智慧型水網系統

    智慧型水網系統係將連江縣各村落供水管網所裝設之電子式水量計、水質監測儀器、壓力監測設施及用戶智慧電子水表等，相關儀表訊號透過傳輸介面進行整合式資料傳輸，並將資料回傳馬祖水廠之水情中心(監測平台)。

透過監測數據即時回傳，除可以即時掌握操作現況外，將所蒐集之資料進行大數據分析與演算，可進一步建立智慧型水網在操作上所需之各項參數，可提供操作人員和決策者進行數據判讀及輔助管理決策。

而計畫所執行之智慧水網整體系統架構包括有原水端(水庫、集水池、淨水場、海水淡化廠)、供水端(配水池)及用戶端等3個部分。在原水端主要是以淨水場PLC與OPC Sever為核心，分別收集各水庫、集水池及淨水場內相關設備資訊，並與中央智慧水資源管理平台伺服器做資料交換。

    在供水端的部分則以4G LTE傳輸方式，將配水池之流量、水位及管網之管壓回傳至中央智慧水資源管理平台伺服器。用戶端則係以NB-IoT傳訊方式將用戶流量資料回傳。

    智慧型水網主要目的係透過上述所裝設之設備持續蒐集流量、水位、水壓、水質等各監測點位數據，進行時間、空間尺度之數據統計分析。而數據統計分析可做管網水壓、漏水管理；尖(離)峰時段水量調配；用戶漏水警示；水質警示、設備通訊、能耗妥善率等依據。

    另，藉由上述分析方法繪製趨勢與分析圖表用以建立設施運作之營運基線型態，並設定各項管理指標，即時掌握資訊並啟動應變措施，提供水廠針對監測數據進行管理及操作決策支援。亦可提供民眾用水穩定及安全之水資源服務，以達到智慧水網建置之目標。

智慧型水網數據分析

    所謂智慧分析應是透過各項監測數據之蒐集，將過往受限於數據量之定時靜態分析，透過程式撰寫轉換為動態運算，再進一步發展成動態即時分析。然而靜態定時分析至動態即運算分析之發展進程需進行一系列的解析、開發及測試。基於此，水廠針對智慧水網自動化分析進程總共分為2個階段來推動，其各階段推動執行構想分列說明如下：

  (一)第一階段建置(107年~109年)

1.各項儀器建置：完成連江縣四鄉五島(南竿、北竿、東引、莒光)原水端、淨水端、供水端及用水端等，各項傳輸監測設備安裝建置。

2.大數據蒐集累積：各區域監測系統完成試運轉後，持續進行數據蒐集及累積至少180天，方可進行數據初步分析。

3.數據壓力測試及校正：各系統試運轉及數據蒐集過程中，定期檢驗及測試傳輸數據之妥善率及正確性，並隨時進行介入校正。

  (二)第二階段數據分析(108年~109年)

1.智慧型水網分析架構規劃：智慧型水網分析架構需具有趨勢與分析圖表、關鍵管理指標、決策支援等，最後透過智慧水網平台，根據上述各項功能進行資訊揭露。

2.靜態分析及問題解析：透過各系統之水庫、水廠與水池、水網等監測數據，初步分析各系統之運行狀態，做為後續決策管理依據。

3.統計方法測試：各項靜態分析之成果，需依據水廠管理端所需之資訊進行客製化統計方法研擬。

4.管理指標：訂定透過統計方法轉換為績效及管理指標，訂定具有決策意義之各項參數警戒指標與績效指標。

5.自動化運算程式設計編撰與除錯(動態引擎)：由於數據量相當可觀，以人工方式檢視除錯將耗費大量時間成本，故需將處理程序編撰為程式自動化計算，達到運算效益最大化。

6.資料展示型平台上線：完成上述各項工作項目後，將數據資訊上傳至WEB形式之資料展示平台具以呈現。資料展示成果平台入口網址為https://sites.google.com/view/matsu-smartwater-firstphase/

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發布單位：行政處

最後異動時間：112/12/12